CN111732997B - 一种利用膜生物反应器处理微藻液的方法、藻油提取方法及装置 - Google Patents

一种利用膜生物反应器处理微藻液的方法、藻油提取方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用膜生物反应器处理微藻液的方法，包括将破碎后的微藻发酵液利用膜生物反应器进行破乳处理的步骤，其中膜生物反应器中池液内含固化酶，本方案中将膜生物反应器应用到微藻发酵液的处理中，利用固化酶降解微藻液中的蛋白、多糖等成分，破乳以便于微藻油的分离，具备可连续使用、处理效率高、效果好、系统稳定的优点，并公开藻油提取方法及其装置。

Description

一种利用膜生物反应器处理微藻液的方法、藻油提取方法及 装置
技术领域
本发明涉及藻油提取技术领域，具体涉及利用膜生物反应器处理微藻液的方法、藻油提取方法及装置。
背景技术
微藻是一类含有叶绿素并能进行光合作用的微生物，其中含有丰富的多不饱和脂肪酸。医学领域多年的研究已经证实，多不饱和脂肪酸(Polyunsaturated fattyacids，PUFAs)具有保证细胞的正常生理功能、降低血液中胆固醇和甘油三酯、改善血液微循环、提高脑细胞的活性、增强记忆力和思维能力等众多功能。其中，以EPA和DHA为代表的ω-3PUFAs由于在促进脑细胞发育、激发脑神经纤维延伸、增加脑容量、提升大脑敏锐度，改善视力等方面功效卓著更是成为当前研究的热点。
因此通过微藻培养，继而提取藻油液成为现今的热点之一，但目前所应用的藻油提取方法或工艺普遍存在效率低，工序多，工艺复杂，成本高的缺点，需要改进。
发明内容
为解决上述至少一个技术缺陷，本发明第一方面提供了一种利用膜生物反应器处理微藻液的方法，包括
将破碎后的微藻发酵液利用膜生物反应器进行破乳处理的步骤，其中膜生物反应器中池液内含固化酶。
本方案中将膜生物反应器应用到微藻发酵液的处理中，利用固化酶降解微藻液中的蛋白、多糖等成分，破乳以便于微藻油的分离，具备可连续使用，处理效率高，效果好，系统稳定的优点。
进一步，膜生物反应器为折流式膜生物反应器，反应池内由膜区隔成多个大隔间，其一端开溢流口相连通。
多个隔间形成了多层递进的串联膜反应器，微藻液以折流的形式经过不同的隔间进行处理，单个隔间混合液呈全混合流态，而整个膜生物反应器混合液呈平推流态流动，使得整个工艺流程处于一种连续状态，大大减少了单独池子之间不必要的管道和泵的输送，大大降低了成本，整个系统稳定耐冲击负荷等优点。
进一步，固化酶所用的酶为碱性蛋白酶、中性蛋白酶、纤维素酶、葡聚糖酶中的任意一种或混合物，固化酶降解微藻破碎形成的蛋白、多糖等成分，可连续使用，节约成本。
进一步，固化酶占膜生物反应器中池液的0.7％-1.5％，破乳效果好，效率高。
进一步，微藻发酵液高压均质破碎，压力为40～100MPa，均质遍数1～3次，温度40～60℃，调节PH值6.0～10.0，便于进行破乳处理。
本申请文件第二方面提供一种利用膜生物反应器提取微藻油的方法，包括上述利用膜生物反应器处理微藻液的方法，还包括
将破乳处理后的微藻液进行加热处理的步骤；
将加热处理后微藻液进行过滤的步骤。
本方案中利用膜生物反应器进行藻油的提取，具有工序短、稳定性好、效率高、成本低等优点。
进一步，加热处理步骤中温度为65-75℃，目的促进油脂析出。
进一步，过滤步骤中包括二次过滤，第一次为细孔滤网过滤除渣，第二次为微滤过滤出藻油，过滤得出藻油，使用方便，可连续性操作。
本申请文件第三方面提供一种利用膜生物反应器提取藻油的装置，包括膜反应器，以对破碎后的微藻发酵液进行破乳处理；
收集池，将破乳后的微藻液收集并加热处理；
过滤装置，将加热处理后微藻液过滤以得到藻油。
进一步，膜生物反应器为折流式膜生物反应器，以膜将反应池内隔成并列的多个大隔间，一端开溢流口相连通，每个大隔间内由折流式垂直挡板区隔成相串联的小隔间。
折流板下端设有成一定角度的导流板形成折流式垂直挡板，便于藻液流动及混合，微藻液依次以折流的形式经过不同的隔间进行处理，其中混合液在单独的隔间内完全混合，而在整个装置又呈推流态流动，底物与固化酶充分接触。
进一步，每个小隔间内均安装搅拌装置，进一步提高隔间内混合效率，与固化酶充分接触，更佳地，选用两个搅拌装置，转速100～220rpm。
进一步，以膜将反应池内隔成4个大隔间，每个大隔间内由1块折流式垂直挡板隔成底端串联的2个小隔间，八个隔间依次为第一膜池、第二膜池、第三膜池、第四膜池、第五膜池、第六膜池、第七膜池、第八膜池。
在本申请人试验下，上述结构的膜生物反应器处理效果更好，装置成本低。
进一步，第一膜池、第二膜池、第三膜池、第四膜池、第五膜池、第六膜池、第七膜池、第八膜池的容积比为1.2∶1∶1∶1∶1∶1∶1∶1∶1，提高处理效果。
进一步，收集池位于膜生物反应器的反应池内，与末端小隔间连通，小隔间内微藻液经溢流口进入收集池，收集池池壁内设置加热装置，以对微藻液进行加热。
一体化藻液处理装置，占地面积小，便于安装及布局。
进一步，收集池与末端小隔间的容积比为4:1，处理效果好。
进一步，膜生物反应器内以平板式PVDF亲水微滤膜进行区隔，膜孔径为0.01～0.5μm，分离效果好。
进一步，过滤装置为膜过滤分离器，其过滤腔入口与收集池连通，其过滤分离液出口与膜生物反应器中反应池连通，实用，便于过滤分离藻油。
更佳地，在收集池内同样安装搅拌装置，均一加热，转速5～20rpm。
更佳地，膜过滤分离器的过滤分离液出口通过水泵连接到反应池底部的过滤分离液入口。
与现有技术比较，本发明技术方案的有益效果为：
1、本发明的膜生物反应器利用固化酶降解微藻液中的蛋白、多糖等成分，破乳以便于微藻油的分离，可连续使用，节约成本。
2.本发明的膜生物反应器用于微藻油提取，占地面积小，只是采用了单独的垂直导流板，施工方面比较简单；并且易操作，易实现自动化。
3.本发明运用折流式垂直挡板构造，把膜生物反应器隔成了多个隔间，形成了多层递进的串联膜反应器。单个隔间混合液呈全混合流态，而整个膜生物反应器混合液呈平推流态流动。其优点：使得整个工艺流程处于一种连续状态，大大减少了单独池子之间不必要的管道和泵的输送，大大降低了成本，整个系统稳定耐冲击负荷等优点。
4.本发明的膜生物反应器每个单独的隔间都有搅拌装置，使发酵液在每个隔间内具有较好的混合效果和传质效果，与酶接触充分反应彻底，利用率高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明藻油提取装置的流程图；
其中，附图标记为：
1、进料泵；2、进料口；3、出水口；4、膜；5、垂直挡板；6、第一膜池；7、第二膜池；8、第三膜池；9、第四膜池；10、第五膜池；11、第六膜池；12、第七膜池；13、第八膜池；14、收集池；15、搅拌装置；16、液位计；17、出料口；18、真空表；19、输料泵；20、空压机；21、过滤网；22、分离腔；23、藻油出口；24、过滤分离液出口；25、水泵；26、排渣泵；27、排渣口；28、过滤分离液入口；29、加热装置；30、反应池；31、溢流口滤网。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
一、一种利用膜生物反应器提取藻油的装置
请参阅图1所示，包括依次连接膜生物反应器、收集池14、过滤装置，膜生物反应器中反应池底端一侧开出水口3。
本实施例中膜生物反应器为折流式膜生物反应器，以平板式PVDF亲水微滤膜4,膜孔径0.01～0.4μm，将反应池30内隔成并列的4个大隔间，顶端开溢流口相连通，每个大隔间内由1块折流式垂直挡板5区隔成底端相串联的小隔间，折流板下端设有成一定角度的导流板形成折流式垂直挡板。
八个隔间依次为第一膜池6、第二膜池7、第三膜池8、第四膜池9、第五膜池10、第六膜池11、第七膜池12、第八膜池13，以进料泵1将破碎后微藻液经进料口2输入第一膜池内，之后微藻液依次流经剩余膜池。
当然也可根据实际情况选择区隔成更多或更少的膜池或大隔间。
本实施例中，为避免固化酶流失，因此在大隔间的溢流口处安装溢流口滤网31，滤网高度3～10cm，孔径是500～800μm，以将固化酶过滤掉。
本实施例中，为提高混合剂传质效果，因此在第一膜池、第二膜池、第三膜池、第四膜池、第五膜池、第六膜池、第七膜池、第八膜池内均安装搅拌装置15，如搅拌桨纵向伸入膜池内，优选两个搅拌装置。
更佳地，第一膜池、第二膜池、第三膜池、第四膜池、第五膜池、第六膜池、第七膜池、第八膜池的容积比为1.2∶1∶1∶1∶1∶1∶1∶1∶1。
此外，为降低装置占地面积，以方便安装及布局，选择将收集池安装在膜生物反应器的反应池内，与末端小隔间，即第八膜池连通，小隔间内微藻液经溢流口进入收集池，收集池池壁内安装加热装置29，如加热丝等，以对微藻液进行加热处理。
且为便于控制，在收集池中上部池壁上安装液位计16，液位计与进料泵连接，以控制进料。
优选，收集池与末端小隔间的容积比为4：1。
优选，八个串联的膜池的高度与直径的比例为9～14，收集池的高度和直径比例是5～7。
本实施例中，过滤装置选为膜过滤分离器，位于膜生物反应器外，通过输料泵19与收集池出料口17连通。
且为便于检测，在输料泵上的输送管道上连接真空表18；为提高过滤效率，在膜过滤分离器上连接空压机20；膜过滤分离器进料口处安装过滤网21，滤网孔径150～250μm，以进行一次过滤，过滤后进入膜分离器，进行微滤，优选孔径0.01-0.5μm的氧化锆陶瓷微管滤膜；同时将此过滤腔体底部开排渣口27，通过排渣泵26将渣排出，并以水泵连接分离腔22的过滤分离液出口24，即残留液出口，以水泵25将残留液与膜生物反应器中反应池底端的过滤分离液入口28连通，以将油液再次破乳，充分利用资源。
破碎后微藻液经进料泵输入第一膜池，依次以折流的形式经过不同的膜池进行处理，搅拌装置搅拌，其中混合液在单独的隔间内完全混合，而在整个装置又呈推流态流动，底物与固化酶充分接触，之后进入收集池，加热处理后，经出料泵进入膜过滤分离器中过滤腔中进行一次过滤，过滤出的残渣经排渣泵排出，过滤后进入膜分离器中微滤，之后经藻油出口23排油，残留的过滤分离液经水泵进入膜生物反应器反应池中再次破乳，水从反应池的出水口排出。
二、藻油的提取方法
以裂殖壶菌为例，将裂殖壶菌微藻发酵液进行破碎微藻发酵液高压均质破碎，压力为40～100MPa，均质遍数1～3次，温度40～60℃，调节PH值6.0～10.0，优选匀质两遍。
实施例1
裂殖壶菌微藻发酵液进行破碎微藻发酵液高压均质破碎，压力为40MPa，均质遍数1次，温度40℃，调节PH值6.0。
1)将破碎后的微藻发酵液常温下通过进料泵输入上述膜生物反应器进行破乳处理，亲水材料PVDF膜孔径0.3μm，其中固化酶占膜生物反应器中池液的比例为0.7％，搅拌装置转速150rpm，溢流口粗孔滤网孔径500μm。
2)破乳后微藻液流入收集池，进行加热处理，温度控制65℃，转速5rpm，连续进、出料。
3)过滤：一次过滤：65℃料液，经膜过滤分离器中过滤腔中滤网过滤除渣，孔径150μm；
二次过滤，65℃料液，经膜分离器滤膜分离后得到DHA藻油，滤膜选用孔径0.2μm的氧化锆陶瓷微管滤膜。
实施例2
裂殖壶菌微藻发酵液进行破碎微藻发酵液高压均质破碎，压力为60MPa，均质遍数2次，温度50℃，调节PH值8.6。
1)将破碎后的微藻发酵液常温下通过进料泵输入上述膜生物反应器进行破乳处理，亲水材料PVDF膜孔径0.2μm，其中固化酶占膜生物反应器中池液的比例为1％，搅拌装置转速150rpm，溢流口粗孔滤网孔径800μm。
2)破乳后微藻液流入收集池，进行加热处理，温度控制70℃，转速10rpm，连续进、出料。
3)过滤：一次过滤：70℃料液，经膜过滤分离器中过滤腔中滤网过滤除渣，孔径200μm；
二次过滤，70℃料液，经膜分离器滤膜分离后得到DHA藻油，滤膜选用孔径0.4μm的氧化锆陶瓷微管滤膜。
实施例3
裂殖壶菌微藻发酵液进行破碎微藻发酵液高压均质破碎，压力为100MPa，均质遍数3次，温度60℃，调节PH值10。
1)将破碎后的微藻发酵液常温下通过进料泵输入上述膜生物反应器进行破乳处理，亲水材料PVDF膜孔径0.4μm，其中固化酶占膜生物反应器中池液的比例为1.5％，搅拌装置转速150rpm，溢流口粗孔滤网孔径700μm。
2)破乳后微藻液流入收集池，进行加热处理，温度控制75℃，转速20rpm，连续进、出料。
3)过滤：一次过滤：75℃料液，经膜过滤分离器中过滤腔中滤网过滤除渣，孔径250μm；
二次过滤，75℃料液，经膜分离器滤膜分离后得到DHA藻油，滤膜选用孔径0.5μm的氧化锆陶瓷微管滤膜。
经检测，上述实施例中微藻油平均得率96.7％，DHA含量40％。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种利用膜生物反应器提取微藻油的方法，其特征在于：包括以下步骤：以膜生物反应器对破碎后的微藻发酵液进行破乳处理，其中膜生物反应器中池液内含固化酶，利用固化酶降解微藻液中的蛋白、多糖成分；
以收集池对破乳后的微藻液收集并加热处理；
以过滤装置对加热处理后微藻液过滤以得到藻油；
所述膜生物反应器为折流式膜生物反应器，以膜将反应池内隔成并列的多个大隔间，一端开溢流口相连通，每个大隔间内由折流式垂直挡板区隔成相串联的小隔间；
所述收集池位于所述膜生物反应器的反应池内，与末端小隔间连通，小隔间内微藻液经溢流口进入收集池，收集池池壁内设置加热装置，以对微藻液进行加热。
2.如权利要求1所述的一种利用膜生物反应器提取微藻油的方法，其特征在于，加热处理步骤中温度为 65-75℃。
3.如权利要求1所述的一种利用膜生物反应器提取微藻油的方法，其特征在于，过滤步骤中包括二次过滤，第一次为细孔滤网过滤除渣，第二次为微滤过滤出藻油。
4.如权利要求1所述的一种利用膜生物反应器提取微藻油的方法，其特征在于，在每个小隔间内均安装搅拌装置。
5.如权利要求1所述的一种利用膜生物反应器提取微藻油的方法，其特征在于，以膜将反应池内隔成 4 个大隔间，每个大隔间内由 1 块折流式垂直挡板隔成底端串联的 2 个小隔间，八个隔间依次为第一膜池、第二膜池、第三膜池、第四膜池、第五膜池、第六膜池、第七膜池、第八膜池。
6.如权利要求5所述的一种利用膜生物反应器提取微藻油的方法，其特征在于，第一膜池、第二膜池、第三膜池、第四膜池、第五膜池、第六膜池、第七膜池、第八膜池的容积比为1.2∶1∶1∶1∶1∶1∶1∶1∶1。
7.如权利要求1所述的一种利用膜生物反应器提取微藻油的方法，其特征在于，收集池与末端小隔间的容积比为 4:1。
8.如权利要求1所述的一种利用膜生物反应器提取微藻油的方法，其特征在于，固化酶所用的酶为碱性蛋白酶、中性蛋白酶、纤维素酶、葡聚糖酶中的任意一种或混合物。
9.如权利要求8所述的一种利用膜生物反应器提取微藻油的方法，其特征在于，固化酶占膜生物反应器中池液的 0.7%-1.5%。
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CN105296137A (zh) * 2015-10-15 2016-02-03 中国科学院水生生物研究所 一种生物酶催化破壁提取微藻油脂的方法

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